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隨著電子產品的數字化進程不斷演進，音響設備(尤其是其中的關鍵產品功率放大器)的數字化也提上了日程。目前市場上很多功放產品都打出了“數字”的旗號，但其中有很多只是對產品進行了一些數字化處理，嚴格意義上只能稱作數字化功放，真正的音頻信號還是模擬的.數字功放是指在信號的處理過程中采用的是數字音頻信號，用開關的方式放大信號.數字功放最大的特點是效率高，對電源及散熱的要求大大降低，此外還有輸出功率大、頻響寬、體積小、信噪比高等優點。筆者設計了一款采用直接數字放大技術，通過專用音頻信號處理芯片DPPC2006處理，再經由高速VMOSFET組成的H橋互補對稱電路放大的純數字功放。 電路構成 本方案由前、后級構成，前級由DPPC2006處理輸入的數字信號轉換成PWM波輸出，后級由高速VMOSFET組成的H橋互補對稱放大電路及低通濾波器組成.同時用模數轉換器(ADC)CS5333實現對模擬信號的兼容，由單片機AT89S51完成音量調節、顯示、聲道、靜音等控制功能.整機組成見圖1。 圖1 基于DPPC2006的數字音頻功率 芯片工作原理 數字功放處理芯片DPPC2006是具有我國完全自主知識產權的Hi-Fi級全數字6通道音頻功放編碼處理芯片。該芯片具有6通道全數字(PCM)輸入和獨立脈寬編碼(PWM)輸出;每聲道音量可獨立調整，124級增減可調;352.8kHz或384kHz高速開關頻率;支持24bit多脈寬脈沖差值編碼、噪聲整形、平衡電橋等技術;6通道數據輸入，采樣率支持32kHz～768kHz;內置S/PDIF接收器，采樣率支持44.1kHz～96kHz;內置輸入數據組選擇電路;供電+3V～+5.5V;封裝形式為QFP100A. 主要技術指標 頻率響應0.5dB(20Hz～20kHz);動態范圍95dB;總諧波失真＜0.02%. 該芯片能直接接收CD，DVD等數字音源輸出的同軸或光纖數字音頻信號，全數字信號放大處理，單顆IC可以放大6個聲道，前后級分開，后級采用不同的MOSFET，可實現不同的輸出功率.用DPPC2006構成的數字功放電路簡單、功能完善，其輸入可以分別選擇光纖和同軸的數據，也可選擇CD，VCD，DVD等產品內部的DATA，BCK和LRCK格式的數據，還可支持高采樣率的數據輸入;沒有數字信號輸入的地方，外接音頻A/D轉換器后也可以輸入DPPC2006供選用，應用非常靈活。 模擬信號的兼容 為了與普通的模擬信號兼容，DPPC2006的數字輸入接口可以接收串行ADC輸出的數據.只要符合圖2所示格式的數字音頻數據輸入即可正常工作(左右對齊由DPPC2006的MO腳配置選擇).本方案中采用CIRRUS公司推出的26bit，96kHz立體聲音頻專用模數轉換器CS5333。 圖2 串行音頻數據格式 后級PWM放大 完整的后級PWM放大由MOS管H橋互補對稱放大電路和低通濾波器(LPF)構成，實際電路如圖3所示(圖中只有一個通道).圖中R307、C303、L303、C307、C308為EMC元件；L301、L302、C304為濾波電路；R308、C305為音箱匹配電路。 1)H橋放大電路.這里U6為FET的輸入驅動器，電路中用74HC541或天奧的DB802芯片.選用不同電流的MOSFET，即可得到80W～300W的輸出功率. 圖3 后級PWM放大電路 2)低通濾波器.采用二階LC濾波器，要求濾波器上限頻率≥20kHz，在通頻帶內特性基本平坦。經用EWB仿真軟件進行仿真，得到L、C的較佳參數為L301=L302=22μH，C304=0.47μF。 功能控制 對DPPC2006的控制由51系列單片機AT89S51實現，完成對芯片模式設置、通道選擇、音量控制及顯示等功能的操作。該單片機帶有ISP(在系統可編程)功能，可以直接通過下載線進行在線開發，使用非常方便.單片機控制程序流程如圖4所示。 圖4 單片機控制程序流程圖 波形及測試結果 1)PWM波形：PWM輸出波形如圖5所示.圖中a)為未調制的PWM輸出波形，b)，c)為已調制的PWM輸出波形.從圖5可以看出，輸入信號幅度的變化已變換成輸出脈沖寬度的變化. 2)電源效率.電源效率見表1.由表1可知，平均效率η=(76.8+66.0+76.9+68.8+7717)%/5=73.24%.由測試數據可知，與傳統模擬功放相比，數字功放的效率大大提高，功放的效率和最大不失真輸出功率與理論計算值還有一定的差別，這是由H橋輸出電路、驅動電路等存在靜態損耗引起的，特別是小功率輸出時影響更為明顯。 圖5 DPPC2006芯片PWM輸出端波形 結語 本系統以采用直接數字放大技術(DDX)的專用數字音頻信號處理放大芯片DPPC2006為核心，可直接輸入S/PDIF同軸或光纖數字信號.經過內部運算，將PCM信號轉化為PWM信號輸送給高速VMOSFET管構成的互補對稱H橋電路放大，輸出放大后的雙通道音頻信號。同時預留擴展接口，輸入兼容普通模擬信號，輸出可以非常方便地擴展到環繞6聲道。通過使用不同的MOSFET，很容易得到80W～300W的輸出功率，理論上平均效率可達到90%以上，甚至后級放大管完全不需散熱片。使用單片機進行靈活控制，實現靜音、數字音量調節、顯示等功能.可以應用于DVD機內置功放、汽車功放、高檔桌面組合音響、計算機多媒體和各種多通道AV功放設計，性價比極高，具有很廣闊的應用前景。 |
